CN111539847B - 一种二次供水的水箱水量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次供水水箱存留水量的计算方法，先分别计算出水箱中除去球缺部分的第一水量和水箱中属于球缺部分的第二水量，再根据第一水量和第二水量求和即得出水箱中实际的存留水量；其中，第二水量的计算方法为：先根据存留水量在水面所在层的高度的不同将存留水量的水位高度分为多种类型，并为每种类型确定用于计算第二水量的公式，再根据对应的计算公式计算出第二水量。本发明能够根据水箱侧面的实际情况计算水箱实际的存留水量，保证了计算水箱存留水量的精确性，为精确控制水箱供水提供了保障。

Description

一种二次供水的水箱水量控制方法

技术领域

本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，尤其涉及一种二次供水水箱存留水量的计算方法。

背景技术

二次供水是指当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式。二次供水设施主要包括储水设备、加压设备和管线三部分，具体供水过程为：自来水在水厂消毒后，先经城市管网系统输送到二次供水储水设备(以下简称水箱)中，再经管线输送给用户。水箱存留水量是指在某一时刻水箱中存留自来水的体积，水箱的存留水量是控制水箱供水的一个重要参数，目前水箱存留水量都是通过将测量得到的水箱水位高度乘以水箱的纵截面积计算得到。水箱纵截面指用与水箱长和宽平行的平面去截水箱得到的截面，水箱横截面指用与水箱高和宽平行的平面去截水箱得到的截面。

目前使用的绝大多数水箱都是不锈钢水箱，不锈钢水箱通常都是用若干块大小相等的正方形不锈钢板在现场焊接而成，为了增加强度及防止变形，几乎所有不锈钢水箱其侧面和顶面的正方形不锈钢板都冲压成向外突出的形状，这种形状在数学上称之为球缺。如申请号为CN201320251260.7的现有技术在2013年10月30日就公开了水箱的侧壁是由厚度不同的若干冲压不锈钢板拼装焊接而成的。通常来说，不锈钢水箱的高度最多见的是两层，也有单层和多层的，但无论是单层还是多层，每层的结构都类似，且每层都包含有相同数量的球缺。通过球缺能够有效增加水箱的强度，但目前在计算水箱存留水量时通常是直接将水箱水位高度乘以不含球缺的水箱纵截面积，并未考虑球缺部分所对应水量，导致计算出来的存留水量通常存在着5％左右的误差，不利于水箱供水的精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种二次供水水箱存留水量的计算方法，本发明能够根据水箱侧面的实际情况计算水箱实际的存留水量，保证了计算水箱存留水量的精确性，为精确控制水箱供水提供了保障。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种二次供水水箱存留水量的计算方法，先分别计算出水箱中除去球缺部分的第一水量和水箱中属于球缺部分的第二水量，再根据第一水量和第二水量求和即得出水箱中实际的存留水量；其中，第二水量的计算方法为：先根据存留水量在水面所在层的高度的不同将存留水量的水位高度分为多种类型，并为每种类型确定用于计算第二水量的公式，再根据对应的计算公式计算出第二水量。

水箱中实际的存留水量的计算方法为：

设第一水量为W₁，第二水量为W₂，水箱中实际的存留水量为W，则：

W＝W₁+W₂ (1)

式(1)中W₁为存留水量W中不考虑球缺部分的体积，W₂为存留水量W中属于球缺部分的体积。

第一水量由存留水量的水位高度与不含球缺的水箱纵截面积相乘得出。

第一水量的计算方法为：

设水箱内水位高度为Y，与水位高度Y对应的存留水量为W，不含球缺的水箱纵截面积为S，则：

W₁＝Y·S (2)

式(2)中W₁为存留水量W中不考虑球缺部分的体积。

第二水量的计算方法为：

设水箱共有n层，每层高度为H₀，其中H₀＝1,每层水箱含有m个向外突出的球缺，设球缺的高为h，球缺的底面半径为r，球缺最低处到该层最低点的距离为a，设存留水量的水位高度为Y，设存留水量在水面所在层的高度为H，H也表示水位高度 Y减去水面所在层最低点高度的差值，根据H的大小将水位高度Y分为以下四种类型：

式(3)中mod是求余运算符；式(4)中Y₁表示水位高度Y界于每层最低点到该层球缺最低点之间，Y₂表示水位高度Y界于每层球缺最低点到该层球缺底面圆心之间，Y₃表示水位高度Y界于每层球缺底面圆心到该层球缺最高点之间，Y₄表示水位高度Y界于每层球缺最高点到该层最高点之间；

根据Y的不同类型分别确定的计算第二水量W₂的公式为：

式(5)中是向下取整符号，R是球缺对应球的半径，W_x和W_y是为了方便计算而设定的中间变量，其中Y的取值如公式(4),R、W_x和W_y的计算公式如下：

式(7)、(8)中x是为了计算W_x而设定的中间变量，表示当Y＝Y₂时，实际水位高度Y减去该层球缺最低点高度的差值；式(9)、(10)中y是为了计算W_y而设定的中间变量，表示当Y＝Y₃时，实际水位高度Y减去该层球缺底面圆心高度的差值。

采用本发明的优点在于：

1、本发明充分考虑了水箱的实际形状，能够根据水位高度计算出实际的存留水量，保证了水箱存留水量计算结果的精确性，不仅为精确控制水箱供水提供了有力的技术支持，还能够有效地避免出现自来水在水箱中停留时间过长的技术问题。

2、本发明科学地根据高度的不同将水位高度划分为四种类型，从而根据水位高度的具体类型分别计算存留水量，简化了计算的过程。

附图说明

图1为本发明实施例2中水箱横截面的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种二次供水水箱存留水量的计算方法，通常来说，水箱中的存留水量包括两部分，一部分为不考虑球缺部分的水量，设为第一水量；另一部分为对应于球缺部分的水量，设为第二水量；第一水量与第二水量之和即为水箱中实际的存留水量。基于此，本方案的具体计算过程为：

先分别计算出水箱中除去球缺部分的第一水量和水箱中属于球缺部分的第二水量，再根据第一水量和第二水量求和即得出水箱中实际的存留水量；其中，第一水量由存留水量的水位高度与不含球缺的水箱纵截面积相乘得出，第二水量的计算方法为：先根据存留水量在水面所在层的高度的不同将存留水量的水位高度分为多种类型，并为每种类型确定用于计算第二水量的公式，再根据对应的计算公式计算出第二水量。

具体的，水箱中实际的存留水量、第一水量和第二水量的计算方法分别如下：

水箱中实际的存留水量的计算方法为：

设第一水量为W₁，第二水量为W₂，水箱中实际的存留水量为W，则：

W＝W₁+W₂ (1)

式(1)中W₁为存留水量W中不考虑球缺部分的体积，W₂为存留水量W中属于球缺部分的体积。

第一水量的计算方法为：

设水箱内水位高度为Y，与水位高度Y对应的存留水量为W，不含球缺的水箱纵截面积为S，则：

W₁＝Y·S (2)

式(2)中W₁为存留水量W中不考虑球缺部分的体积。

第二水量的计算方法为：

设水箱共有n层，每层高度为H₀，其中H₀＝1,每层水箱含有m个向外突出的球缺，设球缺的高为h，球缺的底面半径为r，球缺最低处到该层最低点的距离为a，设存留水量的水位高度为Y，设存留水量在水面所在层的高度为H，H也表示水位高度Y减去水面所在层最低点高度的差值，根据H的大小将水位高度Y分为以下四种类型：

式(3)中mod是求余运算符；式(4)中Y₁表示水位高度Y界于每层最低点到该层球缺最低点之间，Y₂表示水位高度Y界于每层球缺最低点到该层球缺底面圆心之间，Y₃表示水位高度Y界于每层球缺底面圆心到该层球缺最高点之间，Y₄表示水位高度Y界于每层球缺最高点到该层最高点之间；

根据Y的不同类型分别确定的计算第二水量W₂的公式为：

式(5)中是向下取整符号，R是球缺对应球的半径，W_x和W_y是为了方便计算而设定的中间变量，其中Y的取值如公式(4),R、W_x和W_y的计算公式如下：

式(7)、(8)中B是为了计算W_x而设定的中间变量，表示当Y＝Y₂时，实际水位高度Y减去该层球缺最低点高度的差值；式(9)、(10)中y是为了计算W_y而设定的中间变量，表示当Y＝Y₃时，实际水位高度Y减去该层球缺底面圆心高度的差值。

本实施例采用上述特定的技术方案充分考虑了水箱的实际形状，能够根据水位高度计算出实际的存留水量，保证了水箱存留水量计算结果的精确性，不仅为精确控制水箱供水提供了有力的技术支持，还能够有效地避免出现自来水在水箱中停留时间过长的技术问题。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例使用横截面尺寸如图1所示的水箱结合具体数据作进一步描述，具体如下：

设定水箱的长宽高分别为4m、2m和2m，不含球缺的总体积为16m³，不含球缺的水箱纵截面积S为8m²，水箱共有2层，每层高度H₀为1m，每层水箱含有向外突出的球缺数m为12，球缺的高h为0.12m，球缺的底面半径r为0.4m，球缺最低处到该层最低点的距离a为0.1m。

在某一时刻测得水箱水位高度Y为1.732m，设与水位高度Y对应的存留水量为W，则：

W＝W₁+W₂ (1)

W₁＝Y·S＝1.732m×8m²＝13.856m³ (2)

式(1)中W₁为水位高度Y对应存留水量W中不考虑球缺部分的第一水量的体积，计算方法见式(2)；W₂为水位高度Y对应存留水量W中属于球缺部分的第二水量的体积。

进一步的，第二水量的计算方法为：

设存留水量在水面所在层的高度为H，H也表示水位高度Y减去水面所在层最低点高度的差值，根据H的大小确定水位高度Y的类型：

因为

且0.732m>a+r＝0.1m+0.4m＝0.5m

0.732m<a+2r＝0.1m+2×0.4m＝0.9m

所以水位高度Y属于第三种类型，即：

Y＝Y₃，当a+r<H≤a+2r时(4)

式(3)中mod是求余运算符；式(4)中Y₃表示水位高度Y界于每层球缺底面圆心到该层球缺最高点之间；

由此确定出计算第二水量W₂的公式为：

式(5)中是向下取整符号，R是球缺对应球的半径，W_y是为了方便计算而设定的中间变量，R和W_y计算公式如下：

式(9)、(10)中y是为了计算W_y而设定的中间变量，表示当Y＝Y₃时，实际水位高度Y减去该层球缺底面圆心高度的差值。

将R和W_y的值代入公式(5)得到：

将第二水量W₂的值代入公式(1)，即得到实际的存留水量W：

W＝W₁+W₂＝13.856+0.7104＝14.5664m³。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (3)

1.一种二次供水的水箱水量控制方法，其特征在于：分别计算出水箱中除去球缺部分的第一水量和水箱中属于球缺部分的第二水量，根据第一水量和第二水量求和即得出水箱中实际的存留水量；其中，第二水量的计算方法为：先根据存留水量在水面所在层的高度的不同将存留水量的水位高度分为多种类型，并为每种类型确定用于计算第二水量的公式，再根据对应的计算公式计算出第二水量；

水箱中实际的存留水量的计算方法为：

设第一水量为W₁，第二水量为W₂，水箱中实际的存留水量为W，则：

W＝W₁+W₂ (1)

式(1)中W₁为存留水量W中不考虑球缺部分的体积，W₂为存留水量W中属于球缺部分的体积，

第二水量的计算方法为：

设水箱共有n层，每层高度为H₀，其中H₀＝1，每层水箱含有m个向外突出的球缺，设球缺的高为h，球缺的底面半径为r，球缺最低处到该层最低点的距离为a，设存留水量的水位高度为Y，设存留水量在水面所在层的高度为H，H也表示水位高度Y减去水面所在层最低点高度的差值，根据H的大小将水位高度Y分为以下四种类型：

式(3)中mod是求余运算符；式(4)中Y₁表示水位高度Y界于每层最低点到该层球缺最低点之间，Y₂表示水位高度Y界于每层球缺最低点到该层球缺底面圆心之间，Y₃表示水位高度Y界于每层球缺底面圆心到该层球缺最高点之间，Y₄表示水位高度Y界于每层球缺最高点到该层最高点之间；

根据Y的不同类型分别确定的计算第二水量W₂的公式为：

式(5)中

是向下取整符号，R是球缺对应球的半径，W_x和W_y是为了方便计算而设定的中间变量，其中Y的取值范围同公式(4)，R、W_x和W_y的计算公式如下：

式(7)、(8)中x是为了计算W_x而设定的中间变量，表示当Y＝Y₂时，实际水位高度Y减去该层球缺最低点高度的差值；式(9)、(10)中y是为了计算W_y而设定的中间变量，表示当Y＝Y₃时，实际水位高度Y减去该层球缺底面圆心高度的差值。

2.根据权利要求1所述的一种二次供水的水箱水量控制方法，其特征在于：第一水量由存留水量的水位高度与不含球缺的水箱纵截面积相乘得出。

3.根据权利要求2所述的一种二次供水的水箱水量控制方法，其特征在于：第一水量的计算方法为：

设水箱内水位高度为Y，与水位高度Y对应的存留水量为W，不含球缺的水箱纵截面积为S，则：

W₁＝Y·S (2) 。

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